La imagen de la izquierda muestra la estructura atómica del compuesto Li6P, y a la derecha se traza la densidad de carga electrónica, donde la localización electrónica en los intersticiales se puede ver en rojo. Crédito:Zhao et al.
Investigadores de Northeast Normal University, en China, y Universidad del País Vasco, en España, Recientemente han llevado a cabo un estudio que investiga la transición superconductora de electruros. Los investigadores observaron que un Li estable inducido por presión 6 PAG, identificados mediante cálculos de estructura de enjambre de primeros principios, puede convertirse en un superconductor con una temperatura de transición superconductora considerablemente alta.
"Teniendo en cuenta las amplias aplicaciones potenciales de los materiales superconductores, La comprensión de los superconductores de alta temperatura es un desafío científico clave en la física de la materia condensada. "Aitor Bergara y Guochun Yang, dos de los investigadores que realizaron el estudio, le dijo a Phys.org, vía correo electrónico.
Las electridas son compuestos iónicos en los que la mayoría de los electrones residen en regiones intersticiales del cristal y se comportan como aniones. Debido a su peculiaridad estructural, estos compuestos tienen propiedades físicas interesantes. Por ejemplo, la magnitud y distribución de sus electrones intersticiales se pueden modular de manera efectiva, ya sea ajustando su composición química o las condiciones externas, como la presión.
En general, Los electridos son superconductores muy pobres. Por ejemplo, la temperatura de transición superconductora observada experimentalmente de un electruro canónico [Ca 24 Alabama 28 O 64 ] 4+ (4e - ) 4 es ~ 0,4 K. Por otro lado, ahora es bien sabido que, bajo alta presión, los metales alcalinos pueden perder fácilmente sus electrones orbitales externos y formar electruros.
"Curiosamente, El electruro de litio (Li) inducido por presión es metálico, "Bergara y Yang dijeron". Además, el fósforo (P) presenta una electronegatividad moderada, para que puedan atrapar algunos electrones en compuestos de Li-P ricos en Li, mientras que los electrones restantes pueden permanecer en regiones intersticiales. Por lo tanto, como estamos prediciendo es este trabajo, sería posible ajustar la morfología de los electrones intersticiales cambiando la relación de Li y P y, por lo tanto, obtener compuestos con propiedades electrónicas novedosas. Por ejemplo, según nuestros cálculos, Se predice que el electruro de Li 6 P tendrá una temperatura de transición superconductora de 39,3 K, rompiendo el récord existente entre los electrides ".
Predecir la estructura atómica de los materiales a partir de los primeros principios (basándose solo en su composición), es una tarea extremadamente desafiante. Por lo general, requiere clasificar una gran cantidad de mínimos de energía en una red de superficie de energía multidimensional. En años recientes, Los investigadores han introducido varios métodos de cálculo que pueden acelerar este proceso, uno de los cuales se llama CALYPSO.
"En nuestro estudio hemos utilizado el programa Calypso desarrollado por Yanming Ma y sus colegas en la Universidad de Jilin, que implementa un algoritmo de optimización de enjambre de partículas para determinar las estructuras cristalinas preferidas, simplemente fijando las relaciones Li:P y la presión como las únicas entradas iniciales, Bergara y Yang explicaron:“Una vez que se han identificado las estructuras más estables, hemos caracterizado sus propiedades físicas. Por ejemplo, hemos explorado sus propiedades superconductoras dentro de la aproximación McMillan-Allen-Dynes ".
En su estudio, Bergara, Yang y sus colegas informaron que un Li estable inducido por la presión 6 El electruro P puede convertirse en un superconductor con una temperatura de transición superconductora prevista de 39,3 K; el más alto predicho hasta ahora en electridas conocidas. Descubrieron que los electrones intersticiales del compuesto, con estados eléctricos conectados en forma de mancuerna, juegan un papel dominante en esta transición superconductora.
"Nuestra predicción no solo rompe el récord de temperatura de transición superconductora en las electridas, pero también permite una mejor comprensión de estos materiales, "Dijeron Bergara y Yang.
Según las predicciones de los investigadores, otros fosfuros ricos en Li, como Li 5 PAG, Li 11 PAG 2 , Li 1 5P 2 , y Li 8 PAG, también podrían ser electridos superconductores, sin embargo, su T C se espera que sea menor. Este reciente estudio de Bergara, Yang y sus colegas podrían allanar el camino para futuras investigaciones que exploren la superconductividad de alta temperatura en compuestos binarios similares.
"Creemos que la investigación sobre electridos superconductores acaba de comenzar, ", Dijeron Bergara y Yang." Aún queda mucho por explorar, por ejemplo, el análisis del mecanismo superconductor en nuevos compuestos eléctricos, especialmente bajo alta presión. Como hemos mostrado en este artículo, una forma eficaz de diseñar tales materiales superconductores es explorar los compuestos de electruros metálicos formados entre elementos electronegativos débiles y electropositivos fuertes ".
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